KR20140041728A

KR20140041728A - 무선 통신 시스템에서 채널 스위칭 방법 및 이를 위한 장치

Info

Publication number: KR20140041728A
Application number: KR1020147000872A
Authority: KR
Inventors: 김서욱; 김봉회; 임재원
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-04-04
Also published as: WO2013012272A2; US9655116B2; WO2013012272A3; US20140148100A1; EP2736300A2; EP2736300A4; EP2736300B1

Abstract

본 발명에서는 WPAN(Wireless Personal Area Network) 시스템에서 장치의 동작 채널을 스위칭하는 방법 및 이를 위한 장치가 개시된다. 구체적으로, 제1 주파수 대역의 코디네이터와 연계(association)를 설정하는 단계, 제1 주파수 대역의 코디네이터로부터 채널 스위칭 정보를 수신하는 단계, 수신한 채널 스위칭 정보를 이용하여 제2 주파수 대역의 채널로 채널 스위칭하는 단계 및 제2 주파수 대역의 코디네이터와 연계를 설정하는 단계를 포함하되, 채널 스위칭 정보는 제1 주파수 대역에서 제2 주파수 대역으로 채널 스위칭하는 시점까지의 잔여 시간, 제2 주파수 대역에서의 동작 채널, 2 주파수 대역에서의 동작 채널에서 비콘 프레임의 전송 예정 시점을 포함한다.

Description

무선 통신 시스템에서 채널 스위칭 방법 및 이를 위한 장치{METHOD FOR CHANNEL SWITCHING IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM AND APPARATUS THEREFOR}

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게 WPAN(Wireless Personal Area Network) 시스템에서 장치가 동작하는 채널을 스위칭하는 방법 및 이를 지원하는 장치에 관한 것이다.

개인 휴대 기기들은 저속도 무선 개인 영역 네트워크(LR-WPAN: Low-Rate Wireless Personal Area Networks)을 구축하여 통신을 수행할 수 있다. LR-WPAN의 예로서 IEEE 802.15.4 표준을 따르는 네트워크가 있다. IEEE 802.15.4 표준은 868/915 MHz 대역에서는 BPSK(Binary Phase-Shift Keying)를 사용하여 20 Kbps와 40 Kbps의 전송 속도를 제공하고, 2.45 GHz 대역에서는 O-QPSK(Offset Quadrature Phase-Shift Keying)를 사용하여 250 Kbps의 전송 속도를 제공한다. IEEE 802.15.4b 표준에서는 868/915 MHz 대역에서도 O-QPSK를 사용하여 250 Kbps의 전송 속도를 제공한다.

IEEE 802.15.4 표준을 따르는 네트워크 중 하나인 MBAN(Medical Body Area Network) 시스템은 병원과 같은 건강 관리 시설물에서, 환자의 생리 데이터를 모니터링하기 위해 사용되는 다수의 센서들의 무선 네트워킹을 위한 유연한 플랫폼을 제공하기 위해서 고안되었다.

MBAN 시스템은 IEEE 802.15.4j를 기반으로 2360~2400 MHz 대역에서 동작하며, 최대 방출 대역폭(emission bandwidth)은 5 MHz로 제한되어 있다.

MBAN 시스템의 전송 전력은 2360~2390 MHz에서 동작하는 경우, 1mW와 10*log(B) dBm 중 작은 값이다. 이 때, B는 20dB 방출 대역폭(emission bandwidth)이다. 2390~2400 MHz에서 동작하는 경우에는 20 mW와 10*log(B) dBm 중 작은 값을 전송 전력으로 사용한다. 이 때, B는 20 dB 방출 대역폭(emission bandwidth)이다.

2360~2400 MHz는 이미 다른 무선 통신 시스템을 위해 할당되어 있는 주파수 대역으로 MBAN 시스템은 무선 인지(cognitive radio) 기술을 기반으로 동작한다. 무선 인지 기술은 네트워크, 혹은 무선 통신 장치가 능동적으로 주변의 통신 환경을 감지하고 판단하여 최적의 통신을 위한 주파수 대역, 전송 전력, 부호화 방식 등의 송/수신 특성을 적응적으로 변경하는 통신 기술을 의미한다. 이 때 상기 무선 인지 장치는 자신이 사용하고자 하는 주파수 대역에서 다른 허가 받은 사용자(licensed user/primary user)의 사용을 감지한 경우, 해당 사용자들의 통신을 방해하지 않는 방식으로 동작하는 것을 최우선으로 한다.

이를 위해 MBAN에서는 2360~2390 MHz 대역에서 동작하는 경우, MBAN 장치들은 등록된 건강 관리 시설물의 실내에서 동작함을 원칙으로 한다. MBAN 장치들이 실외로 이동하였을 경우에는 동작을 멈추거나, 기본 대역으로 사용되는 2390~2400 MHz 대역으로 전송 대역을 변경하여 전송하여야 한다. 즉, 허가 받은 사용자와의 협력을 통해 2360~2390 MHz에 대한 사용을 제어하여야 하며, 다른 허가 받은 사용자가 해당 대역을 사용시 이 대역에서의 모든 동작을 초기화 하고, 새롭게 2390~2400 MHz 대역을 사용하여 동작을 재개해야 한다. 상황에 따라서는 2390~2400 MHz 대역이 아닌 2360~2390 MHz 대역 내의 다른 채널로 이동하여 동작을 재개할 수도 있다. 반면, 2390~2400 MHz에서 동작하는 경우, MBAN 장치들은 실내 및 실외 제한 없이 사용할 수 있다.

기존의 MBAN 시스템에서는 위와 같은 특정한 상황이 발생했을 때 2360~2390 MHz 대역과 2390~2400 MHz 대역 중 어느 한 대역에서의 사용 중인 채널에서 다른 대역으로 채널을 전환(switching)하는 절차 및 관련 프레임(frame)이 정의되지 않았다.

본 발명의 목적은 무선 통신 시스템, 바람직하게 WPAN(Wireless Personal Area Network) 시스템에서 코디네이터(coordinator)와 장치(device) 간 데이터를 원활하게 송수신하기 위한 방법 및 이를 위한 장치를 제안한다.

또한, 본 발명의 목적은 장치가 전환하는 채널 대역의 전 채널에 대한 스캐닝 동작을 수행하지 않고도 장치의 동작 채널을 원활하게 스위칭할 수 있는 방법 및 이를 위한 장치를 제안한다.

또한, 본 발명의 목적은 장치의 전력 소모를 줄이며, 무선 자원을 좀 더 효율적으로 사용하기 위한 방법 및 이를 위한 장치를 제안한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 양상은, WPAN 시스템에서 장치의 동작 채널을 스위칭하는 방법에 있어서, 제1 주파수 대역의 코디네이터와 연계(association)를 설정하는 단계, 제1 주파수 대역의 코디네이터로부터 채널 스위칭 정보를 수신하는 단계, 수신한 채널 스위칭 정보를 이용하여 제2 주파수 대역의 채널로 채널 스위칭하는 단계 및 제2 주파수 대역의 코디네이터와 연계를 설정하는 단계를 포함하되, 채널 스위칭 정보는 제1 주파수 대역에서 제2 주파수 대역으로 채널 스위칭하는 시점까지의 잔여 시간, 제2 주파수 대역에서의 동작 채널, 2 주파수 대역에서의 동작 채널에서 비콘 프레임의 전송 예정 시점을 포함한다.

본 발명의 다른 양상은, WPAN 시스템에서 장치의 동작 채널을 스위칭하는 장치에 있어서, 무선 신호를 송수신하기 위한 RF(Radio Frequency) 유닛 및 제1 주파수 대역의 코디네이터와 연계를 설정하고, 제1 주파수 대역의 코디네이터로부터 채널 스위칭 정보를 수신하며, 수신한 채널 스위칭 정보를 이용하여 제2 주파수 대역의 채널로 채널 스위칭한 후, 제2 주파수 대역의 코디네이터와 연계를 설정하는 프로세서를 포함하되, 채널 스위칭 정보는 제1 주파수 대역에서 제2 주파수 대역으로 채널 스위칭하는 시점까지의 잔여 시간, 제2 주파수 대역에서의 동작 채널, 2 주파수 대역에서의 동작 채널에서 비콘 프레임의 전송 예정 시점을 포함한다.

바람직하게, 제1 주파수 대역의 코디네이터에 채널 스위칭 정보를 요청하고, 채널 스위칭 정보는 채널 스위칭 정보 요청에 대한 응답으로 채널 스위칭 파라미터 응답 프레임(Channel switching parameter response frame)을 통해 전송된다.

바람직하게, 채널 스위칭 정보는 비콘 프레임(beacon frame)을 통해 전송된다.

바람직하게, 채널 스위칭 정보는 채널 스위칭 통지 명령(Channel switch notification command)을 통해 전송된다.

바람직하게, 채널 스위칭 정보는 제2 주파수 대역의 코디네이터 주소 정보 또는 제2 주파수 대역의 코디네이터의 PAN(Personal Area Network) 식별자를 더 포함한다.

바람직하게, 제1 주파수 대역은 2390 MHz 부터 2400 MHz 사이의 주파수 대역이고, 제2 주파수 대역은 2360 MHz 부터 2390 MHz 사이의 주파수 대역이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 무선 통신 시스템, 바람직하게는 WPAN 시스템에서 코디네이터와 장치 간 데이터를 원활하게 송수신할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 전환하는 채널 대역의 전 채널에 대한 스캐닝 동작을 수행하지 않고도 장치의 동작 채널을 원활하게 스위칭할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 채널 스위칭과 관련된 불필요한 동작을 생략함으로써 장치의 전력 소모를 줄이며, 무선 자원을 좀 더 효율적으로 사용할 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 IEEE 802.15.4 시스템에 따른 네트워크 토폴로지(Network Topology)를 나타낸다.
도 2는 IEEE 802.15.4 시스템의 프로토콜 스택(protocol stack)을 나타낸다.
도 3은 IEEE 802.15.4 시스템의 수퍼프레임 구조를 나타낸다.
도 4는 IEEE 802.15.4 시스템에서 MAC 계층과 PHY 계층에서의 각 프레임 포맷을 예시한다.
도 5는 IEEE 802.15.4 시스템의 비콘 프레임 포맷의 예시를 나타낸다.
도 6은 IEEE 802.15.4 시스템의 채널 배치를 나타낸 도면이다.
도 7은 MBAN 시스템 채널 배치의 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 스위칭 파라미터 필드를 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 스위칭 절차를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 비콘 프레임을 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 스위칭 절차를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 스위칭 파라미터 요청 프레임을 예시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 스위칭 파라미터 응답 프레임을 예시하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.

본 명세서에서 본 발명의 실시예들을 기지국과 단말 간의 데이터 송신 및 수신의 관계를 중심으로 설명한다. 여기서, 기지국은 단말과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)로서의 의미를 갖는다. 본 문서에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수도 있다. 즉, 기지국을 포함하는 다수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 단말과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다. '기지국(BS: Base Station)'은 고정국(fixed station), Node B, eNode B(eNB), 액세스 포인트(AP: Access Point), 코디네이터(coordinator), PAN 코디네이터(Personal Area Network coordinator), MBAN 코디네이터(Medical Body Area Network coordinator), PAN MBAN 코디네이터(PAN MBAN coordinator) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, '단말(Terminal)'은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station), AMS(Advanced Mobile Station), MTC(Machine-Type Communication) 장치, M2M(Machine-to-Machine) 장치, D2D 장치(Device-to-Device) 장치, 전체 기능 디바이스(FFD: Full Function Device), 축소 기능 디바이스(RFD: Reduced Function Device) 등의 용어로 대체될 수 있다.

이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802 시스템, 3GPP 시스템, 3GPP LTE 및 LTE-A(LTE-Advanced)시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 본 발명의 기술적 사상을 명확히 드러내기 위해 설명하지 않은 단계들 또는 부분들은 상기 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.

이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 이용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.15, IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)은 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE의 진화이다.

이하, 설명을 명확하게 하기 위해, IEEE 802.15.4 시스템을 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 특징이 이에 제한되는 것은 아니다.

1. 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.15.4 시스템

도 1은 IEEE 802.15.4 시스템에 따른 네트워크 토폴로지(Network Topology)를 나타낸다.

IEEE 802.15.4 시스템에 따른 네트워크에는 전체 기능 디바이스(FFD)와 축소 기능 디바이스(RFD) 두가지 형태의 디바이스가 참여할 수 있다. IEEE 802.15 시스템에 따른 네트워크의 토폴로지는 네트워크에 참여하는 디바이스들의 기능에 따라 결정될 수 있다.

도 1의 (a)는 스타형 토폴로지(star topology)의 예시이고, 도 1의 (b)는 피어-투-피어 토폴로지(peer-to-peer topology)의 예시이다.

FFD는 전체 기능을 수행할 수 있는 디바이스로서, 예를 들어, FFD 또는 RFD와 통신을 수행할 수 있고, 네트워크 초기화, 노드 관리, 노드 정보 저장 등의 기능을 수행할 수 있다. 특히, FFD 중에서 다른 디바이스들이 네트워크를 구성할 수 있도록 동작하는 FFD를 PAN 코디네이터(PAN coordinator)라고 한다. PAN 코디네이터는 MBAN 코디네이터, PAN MBAN 코디네이터 등으로 지칭할 수 있으며, 이하 설명의 편의를 위해 '코디네이터(coordinator)'로 통칭하여 설명한다. 이와 같은 코디네이터 역할을 수행하는 FFD에 의하여 상술한 네트워크 토폴로지가 구성될 수 있다.

반면, RFD는 상기 FFD가 수행할 수 있는 기능보다 적은 기능을 수행한다. 특히, RFD가 통신을 수행할 수 있는 상대 디바이스는 FFD로 제한된다. 따라서, RFD는 코디네이터 역할을 수행할 수 없다. 따라서, RFD는 네트워크 기능을 FFD에 전담시킴으로써, 작은 크기의 스택 구조를 가질 수 있고, 연산/메모리 자원을 절약할 수 있다. 특히, RFD는 코디네이터를 찾아 데이터를 전송한 후 접속을 바로 끊고 절전 모드(또는 수면(Sleep) 모드)로 진입할 수 있으므로 전력 소모량이 매우 적으며 배터리 전원으로도 장시간 동작될 수 있다.

도 1을 참조하면, "F"라고 표시된 디바이스(device)는 FFD를 나타내고, "R"로 표시된 디바이스는 RFD를 나타내며, "P"로 표시된 디바이스는 코디네이터 역할을 수행하는 FFD를 나타낸다.

도 1의 (a)에 도시된 스타형 토폴로지에서는 디바이스와 코디네이터 사이에서의 통신만이 이루어진다. 이 때, 디바이스들은 통신의 시작점 또는 종단점인 반면, 코디네이터는 시작점, 종단점 또는 라우터(router)가 될 수 있다.

도 1의 (b)에 도시된 피어 투 피어 형 토폴로지에서는 디바이스와 코디네이터 간의 통신이 릴레이로서 기능하는 중간 디바이스들을 이용한 1회 이상의 홉(hop)을 따라 수행된다. 여기서, 각 디바이스는 네트워크 내의 어떤 다른 디바이스와도 통신할 수 있다. 따라서, 메시(mesh) 네트워크와 같이 더 복잡한 형태의 네트워크를 구성할 수도 있다. 여기서, 코디네이터는 상위층들로의 액세스 포인트로서 기능하며, 무선 센서 네트워크(WSN: Wireless Sensor Network)의 경우에서, 그것은 센서들에 의해 수집되는 데이터를 위한 싱크로서 기능한다.

또한, 스타 토폴로지는 배터리 수명이 장시간 유지되도록 디바이스들을 운용할 수 있고, 피어 투 피어(Peer to Peer) 토폴로지는 하나 이상의 데이터 전달 경로를 구성할 수 있으므로 높은 데이터 신뢰성과 접속 인식률을 가진다.

또한, 스타 토폴로지는 각 디바이스에 대한 통신 범위가 매우 제한적이며(예를 들어, 수미터), 피어-투-피어 토폴로지는 더 큰 영역이 커버되는 것을 허용한다. 토폴로지는 동적일 수 있어서, 디바이스들이 추가되거나 네트워크를 떠날 때 변화한다.

예를 들어, MBAN의 경우 스타 토폴로지는 각 환자의 장소(예를 들어, 병원 침대)에 코디네이터가 제공되어, 1명의 환자 상의 장치들과 신호를 교환하는 상황에서 적합할 수 있다. 피어-투-피어 토폴로지는 하나의 코디네이터가 다수의 환자를 서빙하도록 제공되는 보다 더 적합한 토폴로지일 수 있다(예를 들어, 코디네이터는 병동의 고정된 지점에 위치할 수 있다.).

따라서, 디바이스들은 일반적으로 이동성을 가지는 것에 반하여, 코디네이터는 이동성을 가지거나 고정형일 수 있다. 피어-투-피어 토폴로지는 네트워크를 신속하게 셋업 또는 변화시킬 것이 요구되거나 네트워크의 자기조직(self-organisation) 및 자기 치유(self-healing)를 허용할 것이 요구되는, 빠르게 변화하는 환경에 더 적합할 수 있다. 자기 치유는 예를 들어, 기존 코디네이터가 고장 나거나 네트워크를 떠난 경우에 새로운 코디네이터를 확립하는 것을 포함할 수 있다.

병원과 같은 동일한 위치 내에서 각 디바이스들이 자기 자신의 코디네이터를 갖는 다수의 스타 및/또는 피어-투-피어 토폴로지가 셋업될 수 있다. 이 경우, 개별 코디네이터들은 상호 간섭을 회피하고 데이터의 공유 또는 대조(collation)를 허용하기 위해 협업할 수 있다. IEEE 802.15.4 시스템에서는 이러한 네트워크를 '클러스터(cluster)'라고 말하며, 클러스터들에 대한 전체적인 코디네이터를 확립하고, 클러스터들을 분할 및 병합하기 위한 준비(provision)가 이루어질 수 있다.

도 2는 IEEE 802.15.4 시스템의 프로토콜 스택(protocol stack)을 나타낸다.

도 2를 참조하면, IEEE 802.15.4 시스템의 프로토콜 스택은 PHY 계층(Physical Layer), MAC 계층(Medium Access Control Layer), 상위 계층(Upper Layer)으로 이루어진다.

PHY 계층은 RF 송수신기 및 관련된 제어 메커니즘을 포함한다. PHY 계층은 물리 채널을 통하여 PHY PDU(Protocol Data Units)을 송수신하는 PHY 데이터 서비스(PHY data service)와 상기 PHY 계층을 관리하기 위한 PHY 관리 서비스(PHY management service)를 제공할 수 있다.

MAC 계층은 데이터 전송을 위한 물리 채널에 대한 액세스(access)을 제공한다. MAC 계층은 상기 물리 계층을 통하여 MAC PDU(Protocol Data Units)들을 송수신하기 위한 MAC 데이터 서비스(MAC data service)와 MAC 계층의 관리를 위한 MAC 관리 서비스(MAC management service)를 제공할 수 있다. MAC 계층은 비콘(beacon) 관리, 채널 접속, GTS(Guaranteed Time Slot) 관리, 프레임 확인, 보안 기능 등의 기능을 수행할 수 있다.

상위 계층(Upper Layer)은 네트워크 계층(Network Layer)과 응용 계층(Application Layer)으로 구성된다. 네트워크 계층은 네트워크의 구성(configuration), 처리, 메시지 라우팅(routing) 등의 기능을 제공한다. 응용 계층은 디바이스가 목표하는 기능을 제공한다. 일 예로, IEEE 802.15.4 시스템에서의 디바이스는 탑재된 프로그램의 종류, 즉 응용 계층의 데이터를 처리하는 프로그램의 종류에 따라 RFD(Reduced Function Device), FFD(Full Function Device) 또는 코디네이터로 기능할 수 있다.

도 3은 IEEE 802.15.4 시스템의 수퍼프레임 구조를 나타낸다.

IEEE 802.15.4 시스템은 주기적으로 방송되는 비콘을 기반으로 네트워크가 운용되는 비콘 이네이블드(beacon-enabled)와 통신 프레임의 교환을 위해 비 주기적으로 비콘을 요청하여 네트워크를 운용하는 넌-비콘 이네이블드(non beacon-enabled) 동작으로 구분될 수 있다.

비콘 이네이블드(beacon-enabled) 네트워크에서, 코디네이터는 비콘을 주기적으로 송신하고, 디바이스들은 네트워크에 동기화하고 채널에 액세스하기 위해 그 비콘을 주기적으로 청취한다. 채널 액세스는 도 3에 도시된 바와 같이, 코디네이터에 의해 정의되는 수퍼프레임 구조에 따라 수퍼프레임 내에서, 프레임의 단위로 순차적으로 송신된다.

수퍼 프레임은 코디네이터가 송신하는 비콘 프레임들 사이에 데이터 송수신을 위한 복수의 시간 슬롯(예를 들어, 16개)이 포함된 형태로 구성될 수 있다. 또한, 각 수퍼프레임은 비콘 프레임들 사이에 저전력 동작에 대한 요구 사항으로 인하여 활성 구간(active period) 및 비활성 구간(inactive period)을 포함하도록 구성될 수 있다. 활성 구간은 디바이스들 간의 데이터 송수신이 수행되는 구간으로서, 활성 구간은 데이터 송수신을 위해 사용되는 프레임들을 위한 시간 슬롯들로 구성된다. 반면, 비활성 구간은 상기 디바이스들 간의 데이터 송수신이 수행되지 아니하는 구간을 말한다. 즉, 비활성 구간 동안 코디네이터는 저전력 모드(또는 수면 모드)로 진입할 수 있다.

활성 구간 및 비활성 구간의 비율을 듀티 사이클(duty cycle)이라 한다. 듀티 사이클 값은 저전력 동작을 위한 요구 사항 및 동일한 물리적 전송 채널을 사용하는 통신 방식간의 공존을 위한 요구 사항을 고려하여 조절 될 수 있다.

활성 구간은 경쟁적 액세스 구간(CAP: Contention Access Period) 및 서비스 품질 요구조건을 갖는 어플리케이션들에 대한 보장된 액세스를 위한 그에 후속하는 비경쟁적 액세스 구간(CFP: Contention Free Period)를 포함하도록 구성될 수 있다.

CAP는 네트워크에 참여한 디바이스들이 경쟁적으로 데이터 프레임을 전송하기 위한 시간 슬롯들로 구성된다. 따라서, 두 비콘 프레임들 사이의 CAP에 속한 시간 슬롯들을 이용하여 통신을 수행하고자 하는 디바이스는 다른 디바이스와 CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 방식을 이용한 경쟁 관계에 놓이게 된다.

CFP는 특정 디바이스가 데이터 프레임을 전송할 수 있도록 할당된 타임 슬롯인 GTS(Guaranteed Time Slot)들로 구성된다. GTS는 디바이스 내의 응답 속도가 빠른(low-latency) 응용 프로그램 또는 특정 전송 대역폭(bandwidth)을 요구하는 응용 프로그램을 위해 사용될 수 있다. CFP는 수퍼 프레임 내에서 CAP 이후에 위치하고, 최대 7개의 GTS까지 포함하도록 구성될 수 있다. CFP는 하나의 디바이스를 위하여 복수의 GTS가 할당되도록 구성될 수도 있다.

코디네이터는 CFP 내의 각 GTS가 어느 디바이스에게 할당되는지 결정한다. 코디네이터에 의하여 결정된 CFP의 GTS 할당 정보는 수퍼 프레임의 최초 슬롯인 비콘 프레임에 포함되어 전송될 수 있다.

반면, 넌-비콘 이네이블드(non beacon-enabled) 네트워크에서, 코디네이터는 예를 들어, 네트워크 발견의 목적 등을 이유로 비콘을 요청 받지 않는 한 동기화를 위해 비콘을 전송하지 않는다. 채널 액세스는 수퍼프레임 구조에 의해 제한되지 않으며, 디바이스들은 비동기적이어서, CSMA-CA에 의해 모든 데이터 전송을 수행한다. 이들은 보낼 데이터를 가지고 있지 않은 디바이스들이 대부분의 시간 동안 수면 상태로 유지할 수 있고, 코디네이터가 각 데이터 프레임 앞에 웨이크 업 프리앰블을 두어, 데이터 도달 시에 수신 디바이스가 활성일 것을 보장하는 센서-MAC(WiseMAC)과 같은 소정의 프로토콜에 따라 자기 자신의 수면 패턴을 따를 수 있다.

상술한 바와 같이, 비콘 이네이블드(beacon-enabled) 네트워크 내의 코디네이터는 네트워크 디바이스들에 동기화 및 채널 액세스를 제공하는 것을 담당한다. 또한, 수퍼프레임의 시작과 끝은 코디네이터에 의해 정의된다. 코디네이터는 다른 네트워크들로의 잠재적인 통신, 및 예를 들어 충전된 배터리의 용이한 교체에 의한 충분한 전력 공급에의 액세스라는 2가지 주된 특징을 갖는다.

도 4는 IEEE 802.15.4 시스템에서 MAC 계층과 PHY 계층에서의 각 프레임 포맷을 예시한다.

도 4를 참조하면, MAC 계층에서의 프레임 포맷은 MAC 헤더(MHR: MAC Header), MAC 페이로드(MAC Payload) 및 MAC 풋터(MFR: MAC Footer)로 구성된다. MHR, MAC 페이로드 및 MFR은 하나의 MAC 데이터 프레임, 즉 MAC 프로토콜 데이터 유닛(MPDU: MAC protocol data unit)을 형성한다.

MHR은 프레임 제어 필드(Frame Control, 401), 시퀀스 번호 필드(Sequence Number, 403), 주소 필드(Addressing Field, 405) 및 보조 보안 헤더 필드(Auxiliary Security Header, 407)를 포함한다.

MHR을 구성하는 필드들 중, 프레임 제어 필드(401)는 프레임 포맷의 타입(또는 종류)을 나타내는 값을 포함하고, 시퀀스 번호 필드(403)는 macDSN의 현재 값을 포함하고, 주소 필드(405)는 수신 및/또는 발신 주소를 포함할 수 있다. 또한 보조 보안 헤더 필드(407)는 프레임의 보안 처리를 위해 필요한 정보를 포함할 수 있다.

MAC 페이로드는 도시하지 않았지만 명령 프레임 식별자(Command Frame Identifier) 및 명령 페이로드(Command Payload)를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, MFR은 프레임 검사 시퀀스(FCS: Frame Check Sequence, 411)를 포함하도록 구성될 수 있다. FCS(411)는 MHR 및 MAC 페이로드 부분에 대하여 데이터 전송의 오류가 있는지 여부를 판단하기 위하여 사용될 수 있다.

IEEE 802.15.4 네트워크에서는 비콘을 송신하기 위해 코디네이터에 의해 이용되는 비콘 프레임, 데이터 전송을 위해 이용되는 데이터 프레임, 성공적인 프레임 수신을 확인하기 위해 이용되는 확인응답 프레임 및 데이터 요청과 같은 모든 MAC 피어 엔티티 제어 전송을 다루기 위해 이용되는 MAC 명령(command) 프레임, 이처럼 4가지 상이한 타입의 프레임을 수반한다. 여기서, 비콘 프레임, 확인 응답 프레임 및 MAC 명령 프레임은, 각 경우에서 MAC 페이로드가 상이한 기능을 가지며 확인응답 프레임은 MAC 페이로드를 갖지 않는다는 점을 제외하고는 유사한 구조를 갖는다. 또한, 비콘 프레임, 확인 응답 프레임 및 MAC 명령 프레임은 상위 계층들의 관여 없이 MAC 서브층에서 발원할 수 있다.

한편, MPDU는 PHY 서비스 데이터 유닛(PSDU: PHY Service Data Unit)으로서 PHY 계층에 전송되고, 이것이 PHY 계층에서의 PHY 페이로드가 된다. PHY 페이로드 앞에는 프리앰블 시퀀스(preamble sequence, 413) 및 프레임 시작 구획자(SFD: Start-of-Frame Delimiter, 415)를 포함하는 동기화 헤더(SHR: synchronization header) 및 옥텟(octet) 단위의 PHY 페이로드의 길이를 나타내는 프레임 길이/예약(417)을 포함하는 PHY 헤더(PHR: PHY Header)가 위치한다. 프리앰블 시퀀스(413) 및 데이터 SFD(415)는 수신기가 심볼 동기화를 달성하는 것을 가능하게 한다. 이와 같은 SHR, PHR 및 PHY 페이로드는 하나의 PHY 패킷, 즉 PHY 프로토콜 데이터 유닛(PPDU: PHY protocol data unit)을 형성한다.

도 5는 IEEE 802.15.4 시스템의 비콘 프레임 포맷의 예시를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 비콘 프레임은 MHR, MAC 페이로드 및 MFR을 포함한다.

MHR은 프레임 제어 필드(Frame Control, 501), 시퀀스 번호 필드 (Sequence Number, 503), 주소 필드(Addressing Field, 505) 및 보조 보안 헤더 필드(Auxiliary Security Header, 507)를 포함한다. 그리고, 비콘 프레임의 MAC 페이로드는 수퍼프레임 설명 필드(Superframe specification, 509), GTS 필드들(GTS fields, 511), 보류 주소 필드(Pending Address fields, 513) 및 비콘 페이로드 필드(Beacon Payload, 515)를 포함할 수 있다. 또한, MFR은 프레임 검사 시퀀스(FCS, 517)를 포함하도록 구성될 수 있다.

수퍼프레임 설명 필드(509)는 비콘 순서, 수퍼 프레임 순서, 마지막 CAP 슬롯, CAP, CFP, 활성 구간의 길이, 배터리 수명, 코디네이터로부터 전송되는지 여부 등에 대한 정보를 포함할 수 있으나, 이는 일례에 불과하며 수퍼프레임 설명 필드(509)에 포함되는 정보는 변경이 가능하다.

GTS 필드들(411)은 도시하지 않았지만 GTS 설명 필드(GTS specification field), GTS 방향 필드(GTS Direction field), GTS 리스트 필드(GTS List field)를 포함할 수 있다. 또한, GTS 설명 필드는 GTS 기술자 카운트(GTS descriptor count) 서브필드를 포함할 수 있다. GTS 기술자 카운트 서브필드는 GTS 리스트 필드에 포함될 GTS 기술자의 개수를 나타낸다. 예를 들어, GTS 기술자 카운트 서브필드의 크기가 3 비트(bits)인 경우에 GTS 리스트 필드는 최대 7개의 GTS 기술자들을 포함할 수 있다. 그리고, GTS 방향 필드는 서브 프레임 내의 GTS들의 방향을 나타내는 GTS 방향 마스크 (GTS Directions Mask) 서브 필드를 포함할 수 있다. 즉, 상기 GTS 방향 마스크 서브 필드는 GTS 리스트 필드에 포함되는 각 GTS가 데이터 송신(transmit-only)을 위한 것인지 또는 데이터 수신(receive-only)을 위한 것인지를 나타낼 수 있다. 그리고, GTS 리스트 필드는 GTS 할당 정보를 나타내는 GTS 기술자(GTS descriptor) 필드를 포함할 수 있다. GTS 리스트 필드는 상술한 바와 같이 GTS 기술자 카운트 서브필드가 지시하는 값에 따라 하나 이상의 GTS 기술자 필드들을 포함할 수 있다. 또한, GTS 방향 마스크 서브 필드에 의하여 각 GTS 기술자 필드가 송신을 위하여 사용되는지 또는 데이터 수신을 위하여 사용되는지 결정될 수 있다.

더 구체적으로, GTS 리스트 필드에 포함되는 각 GTS 기술자 필드는 도시하지 않았지만 디바이스 주소 필드(Device Short Address), GTS 시작 슬롯 필드(GTS Starting Slot), GTS 길이 필드(GTS Length), 시작 일련 번호 필드(Start Sequence Number), GTS 간격 필드(GTS Interval) 및 GTS 윈도 필드(GTS Window)를 포함하도록 구성될 수 있다.

디바이스 주소 필드는 GTS 기술자에 의하여 GTS가 할당되는 디바이스의 주소를 나타낸다. 즉, GTS 기술자 필드와 연관된 GTS가 디바이스에게 할당되는 경우 디바이스 주소 필드는 디바이스의 주소를 가진다. GTS 시작 슬롯 필드는 GTS가 시작하는 수퍼 프레임 슬롯에 대한 정보를 나타낸다. GTS 길이 필드는 수퍼 프레임 내에서 연속적으로 활성화되어 있는 GTS의 수를 나타낸다. GTS 간격 필드는 몇 수퍼 프레임마다 GTS가 할당될 것인지를 지정하는 값을 나타낸다. GTS 간격 필드는 GTS가 할당되는 수퍼프레임의 간격을 나타내는 값 또는 GTS가 할당되는 특정 시간 값을 가질 수 있다. 상기 GTS 윈도 필드는 GTS 간격 필드에 의하여 지정된 수퍼프레임 전후로 GTS가 할당될 수 있는 범위를 나타내는 값을 나타낸다.

도 6은 IEEE 802.15.4 시스템의 채널 배치를 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 2400 MHz 대역에서 동작하는 IEEE 802.15.4 시스템은 5 MHz의 채널 간격(spacing)을 가진다.

IEEE 802.15.4 시스템에 기반한 MBAN 시스템은 2360~2390 MHz 대역과 2390~2400 MHz 대역을 사용한다. 2360~2390 MHz 대역은 건강관리(healthcare) 시설의 내부에서 MBAN 장치가 MBAN 코디네이터로부터 채널을 할당 받고 동작할 때 사용될 수 있다. 그리고, 2390~2400 MHz 대역은 MBAN 장치가 MBAN 코디네이터로부터 MBAN 채널에 대한 정보를 더 이상 받을 수 없거나 또는 MBAN 장치 및 코디네이터가 건강관리 시설 외부에서 동작할 때 사용된다. 또한 2390~2400 MHz 대역은 MBAN 시스템의 기본 채널 대역으로 사용될 수도 있다.

도 7은 MBAN 시스템 채널 배치의 예를 나타낸 도면이다.

도 7에서는 2360~2400 MHz 대역에서 MBAN의 가용 채널들을 예시한다. 2360~2400 MHz 대역에서 동작하는 MBAN 장치는 2360~2390 MHz 대역의 채널에서 2390~2400 MHz 대역의 채널로 또는 그 반대로 동작 채널을 변경해야 하는 경우가 있다. 예를 들어, 해당 대역에 우선 사용권을 가진 MBAN 시스템 이외의 무선 통신 시스템의 사용자(primary user)가 2360~2390 MHz 대역의 채널을 사용해야 하는 경우에, MBAN 시스템의 장치는 2390~2400 MHz 대역의 채널로 동작 채널을 스위칭(switching)해야 한다. 이와 같이, 동작 채널을 스위칭하는 경우, MBAN 시스템의 장치는 동작 초기화(operation defaulting)를 수행하고 채널을 스위칭한다.

2. 채널 스위칭 방법

본 발명은 무선 통신 시스템, 특히 MBAN 시스템에서 채널 스위칭 파라미터들을 전송하는 절차 및 관련 프레임에 관한 것이다.

상술한 바와 같이, MBAN 장치가 30 MHz 대역에서 10 MHz 대역으로 채널 스위칭 했을 경우 계속하여 10 MHz 대역의 채널을 사용하는 것은 10 MHz 대역에 상당한 부하를 주기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 일정 시간 후 30 MHz 대역으로 다시 스위칭하는 것이 바람직하다. 다만, 스위칭 하기 전에 사용하던 30 MHz 대역의 네트워크에 다시 연계(association) 하기 위해서는 스캐닝(scanning) 작업을 모든 채널에 대하여 일정 시간 마다 반복해야 한다. 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 이하 채널 스위칭 과정에서 코디네이터와 장치 간 미리 필요한 정보를 교환하여 불필요한 동작을 제거함으로써 전력 소모를 줄이기 위한 방법을 제안한다.

2. 1. 채널 스위칭 정보

장치의 원활한 채널 스위칭을 위하여 코디네이터는 장치에 채널 스위칭 정보를 전송할 수 있다. 코디네이터가 장치에 알려주는 채널 스위칭 정보는 다음과 같은 채널 스위칭 파라미터 필드(Channel switching parameter field)로 구성될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 스위칭 파라미터 필드를 예시하는 도면이다.

도 8을 참조하면, 채널 스위칭 파라미터 필드는 잔여 시간 필드(Remain Time, 801), 추천 채널 필드(Recommend Channel, 803), TBTT 필드(Target Beacon Transmission Time, 805)를 포함할 수 있다. 여기서, 추천 채널 필드는 채널 스위칭을 통해 이동한 다른 주파수 대역의 채널의 번호를 지시하는 정보(예를 들어, 채널 번호(Channel Number) 필드) 또는 채널 페이지를 지시하는 정보(예를 들어, 채널 페이지(Channel Page) 필드)로 구성될 수 있다. 또한, 도시하지는 않았지만 추가적으로 장치가 채널 스위칭을 통해 이동하는 채널에 존재하는 PAN의 식별자 정보(예를 들어, PAN 식별자(PAN ID) 필드) 또는 해당 채널 대역에서 연계하기 위한 코디네이터 주소 정보(예를 들어, 코디네이터 주소(Coordinator Address) 필드)를 더 포함할 수도 있다. 코디네이터 주소는 상술한 추천 채널 필드(또는 채널 번호 필드 및 채널 페이지 필드)에 의하여 특정된 채널에서 동작하는 코디네이터의 주소 정보를 의미하고, PAN의 식별자는 이러한 코디네이터의 PAN 식별자를 의미한다. 여기서, 코디네이터 주소는 코디네이터의 간단한 주소(short address) 또는 코디네이터의 확장 주소(extended address) 중 어느 하나로 나타낼 수 있다. 또한, 현재 장치가 연계되어 있는 코디네이터는 장치가 채널 스위칭하기 이전에 어느 코디네이터와 연계되었었는지 알고 있을 수 있다.

도 8에 도시된 각 필드들은 채널 스위칭 정보에 포함되는 일례에 불과하며, 채널 스위칭 정보는 도 8에 도시된 어느 하나 이상의 필드를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 채널 스위칭 정보를 구성하는 각 필드들의 순서 혹은 각 필드의 크기는 변경될 수 있다.

잔여 시간 필드(801)는 장치가 30 MHz 대역에서 10 MHz 대역으로 혹은 10 MHz 대역에서 30 MHz 대역으로 채널을 전환하기 까지 남은 시간을 의미한다. 이때, 잔여 시간 필드(801)는 장치가 30 MHz 대역에서 10 MHz 대역으로 혹은 10 MHz 대역에서 30 MHz 대역으로 채널을 스위칭한 시점으로부터 기간을 산출할 수 있으며, 해당 채널 스위칭 파라미터 필드를 장치에 전송한 시점으로부터 기간을 산출할 수도 있다. 여기서, 잔여 시간 필드(801)는 초, 분, 시간 혹은 프레임, 수퍼프레임의 개수 등의 단위로 나타낼 수 있다.

추천 채널 필드(803)는 장치가 30 MHz 대역에서 10 MHz 대역으로 혹은 10 MHz 대역에서 30 MHz 대역으로 채널을 전환하여 동작할 채널을 의미한다. 이때, 추천 채널 필드(803)는 어느 특정한 채널을 의미할 수도 있으나, 적어도 어느 하나 이상의 채널들을 포함하는 채널 세트를 의미할 수도 있다. 현재 장치가 연계되어 있는 코디네이터는 장치가 현재 동작하는 채널 대역으로 채널 스위칭하기 이전에 30 MHz 대역 혹은 10 MHz 대역에서의 장치의 동작 채널을 알고 있을 수 있다.

TBTT 필드(805)는 장치가 전환하는 동작 채널에서의 비콘 프레임의 전송 예정 시간을 알려 준다. 즉, 추천 채널 필드(803)를 통해 지시되는 동작 채널에서 비콘 프레임의 전송 예정 시간을 의미한다. 장치는 코디네이터로부터 수신한 TBTT 필드(805)를 이용하여 채널 스위칭을 통해 전환한 채널의 코디네이터와의 연계(association)를 위하여 정해진 시간에 비콘 프레임을 수신한다. 이때, TBTT 필드(805)는 장치가 전환한 채널에서 비콘 프레임이 전송되는 주기에 대한 정보를 더 포함할 수도 있다.

구체적으로, TBTT 필드(805)는 채널 스위칭을 통해 전환하는 채널에서 비콘 프레임의 전송이 예정되는 특정 시각을 의미할 수 있다. 즉, 비콘 프레임이 전송되는 예정 시각은 특정 시간, 분, 초 단위로 나타낼 수 있으며, 특정 수퍼프레임 혹은 프레임의 인덱스로 나타낼 수도 있다.

또한, TBTT 필드(805)는 잔여 시간이 마감되는 시점으로부터 기간을 산출할 수 있다. 즉, 잔여 시간이 마감되는 시점으로부터 장치가 채널 스위칭을 통해 전환하는 채널 대역에서 최초로 도래하는 비콘 프레임이 전송되기까지의 시간 간격을 의미할 수 있다. 또한, TBTT 필드(805)는 해당 채널 스위칭 파라미터 필드를 장치에 전송한 시점으로부터 기간을 산출할 수도 있다. 즉, 채널 스위칭 파라미터 필드를 장치에 전송한 시점으로부터 장치가 채널 스위칭을 통해 전환하는 채널에서 최초로 도래하는 비콘 프레임이 전송되기까지의 시간 간격을 의미할 수도 있다. 이처럼, 비콘 프레임의 전송 예정 시간을 잔여 시간이 마감되는 시점 혹은 해당 채널 스위칭 파라미터 필드를 장치에 전송한 시점과의 상대적인 시점으로 장치에 알려주는 경우, TBTT 필드(805)는 초, 분, 시간 혹은 프레임, 수퍼프레임의 개수 등의 단위로 나타낼 수 있다.

채널 스위칭 정보는, 브로드캐스트(broadcast), 멀티캐스트(multicast) 또는 유니캐스트(unicast) 방식으로 장치에 전송될 수 있다. 브로드캐스트 방식은 비콘(beacon) 프레임에 상기 채널 스위칭 정보를 포함하여 전송하는 방식으로 수행될 수 있다. 유니캐스트 방식은 채널 스위칭을 위한 명령(command) 또는 프레임을 별도로 정의하여 수행될 수도 있으며, 그 일례로, 채널 스위칭 통지 명령(Channel switch notification command), 채널 스위칭 파라미터 응답 프레임(Channel switching parameter response frame) 등과 같은 명칭을 가질 수 있다.

이와 같이, 채널 스위칭 정보를 수신한 장치는 잔여 시간 후에 추천 채널로 채널 스위칭을 수행하고, 수면 모드로 동작하다 TBTT 시점에 깨어나서(wake-up) 비콘을 수신하여 해당 채널의 코디네이터와 연계(association)를 맺을 수 있다.

2. 2. 채널 스위칭 절차 1

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 스위칭 절차를 나타내는 도면이다.

이하, 설명의 편의를 위해 MBAN 시스템의 2360~2390 MHz 대역을 제1 주파수 대역으로 가정하고, MBAN 시스템의 2390~2400 MHz 대역을 제2 주파수 대역으로 가정하여 설명한다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며 2390~2400 MHz 대역이 제1 주파수 대역, 2360~2390 MHz 대역이 제2 주파수 대역이 될 수 있다.

도 9를 참조하면, 제1 코디네이터와 장치는 제1 주파수 대역의 채널 중 어느 하나의 채널을 통하여 연계(association)를 설정한다(S901). 제1 코디네이터와 연계를 설정한 장치는 이후 제1 코디네이터와 데이터를 송수신할 수 있다.

이때, 제1 코디네이터와 데이터 송수신 중인 장치는 현재 동작하는 채널을 다른 주파수 대역의 채널로 변경(switching)해야 하는 경우가 발생할 수 있다. 예를 들어, 2360~2390 MHz 대역을 MBAN 시스템 이외의 무선 통신 시스템의 프라이머리 유저(primary user)가 사용해야 하거나 또는 장치가 지정된 영역 외부로 이동하는 경우(예컨대 건강 관리 시설 외부로 이동하는 경우)에, 장치는 2390~2400 MHz 대역의 채널로 스위칭한 후, 변경된 채널의 코디네이터, 즉 제2 코디네이터와 데이터를 송수신해야 한다.

이와 같이 각 주파수 대역의 채널 상황, 즉 MBAN의 2360~2390MHz 대역 및 2390~2400 MHz 대역의 어떤 채널들이 언제 사용 가능한지를 알려 주는 정보는 다수의 코디네이터들을 제어하는 제어기에 의해 수집되고 관리될 수 있다. 제어기는 각 주파수 대역의 채널 상황을 저장, 관리하는 DB(Data Base)와 DB를 관리하는 MBAN 제어포인트(control point)를 포함하여 구성될 수 있다. 상술한 채널 스위칭이 필요한 상황인 경우, 장치가 채널 스위칭하여 데이터를 송수신하기 위한 제2 주파수 대역의 각 채널의 사용과 관련된 정보는 제어기로부터 제1 코디네이터로 전달된다.

장치는 제1 코디네이터로부터 제2 주파수 대역으로의 채널 스위칭과 관련된 정보를 수신하고, 수신한 채널 스위칭 정보에 기초하여 채널 스위칭을 수행한다(S903). 여기서, 채널 스위칭 정보는 장치가 스위칭할 제2 주파수 대역의 채널 번호, 스위칭할 시간, 스위칭할 제2 주파수 대역의 코디네이터 식별자 등을 포함할 수 있다.

이어, 채널 스위칭을 수행한 장치는 제2 코디네이터와 연계(association)를 설정한다(S905). 제2 코디네이터와 연계를 설정한 장치는 이후 제2 코디네이터와 데이터를 송수신할 수 있다.

상술한 바와 같이, 장치가 제1 주파수 대역에서 제2 주파수 대역으로 채널 스위칭을 한 후, 계속 제2 주파수 대역의 채널을 사용하는 것은 제2 주파수 대역에 부하를 줄 수 있기 때문에, 일정 시간 후 제1 주파수 대역으로 다시 스위칭하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 주파수 대역의 프라이머리 유저의 사용이 종료된 경우와 같이 제2 주파수 대역에서 제1 주파수 대역으로 다시 스위칭해야 할 상황이 발생할 수 있다. 이와 같은 채널 스위칭이 가능한 상황인 경우, 원래의 주파수 대역(제1 주파수 대역)의 각 채널의 사용과 관련된 정보는 제어기로부터 제2 코디네이터로 전달될 수 있다.

제어기로부터 제1 주파수 대역의 채널 정보를 수신한 제2 코디네이터는, 수신한 채널 정보를 기초로 장치에 채널 스위칭과 관련된 정보를 전송한다(S907). 이때, 제2 코디네이터는 브로드캐스트, 멀티캐스트 또는 유니캐스트 방식으로 장치에 채널 스위칭 정보를 전송할 수 있으며, 채널 스위칭 정보에 대한 상세한 설명은 앞서 (2. 1.)와 동일하므로 이하 설명을 생략한다.

제2 코디네이터가 장치에 채널 스위칭 정보를 전송하는 일례로, 제2 코디네이터는 장치에 채널 스위칭 정보를 전송하기 위하여 S907 단계에서 주기적으로 브로드캐스팅되는 비콘(beacon) 프레임을 이용할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 비콘 프레임을 예시하는 도면이다.

도 10을 참조하면, 비콘 프레임은 MBAN 제어기, MBAN 제어점 등으로부터 제1 주파수 대역으로의 스위칭과 관련된 정보를 수신한 제2 코디네이터에 의해 생성될 수 있다.

브로드캐스트 메시지로 비콘 프레임이 사용되는 경우, 비콘 프레임은 도 8에 따른 채널 스위칭 파라미터 필드를 포함할 수 있다. 즉, 잔여 시간 필드(Remain time, 1013), 추천 채널 필드(Recommend channel, 1015), 제1 주파수 대역의 채널에서의 비콘 전송 시간에 대한 TBTT 필드(1017) 중 어느 하나 이상의 필드를 포함할 수 있다. 이때, 추천 채널 필드는 채널 번호(Channel Number) 필드와 채널 페이지(Channel Page) 필드로 구성될 수 있다.

또한, 제2 코디네이터는 채널 스위칭이 필요한 장치의 주소(address) 필드(1011)를 비콘 프레임에 포함시켜 전송할 수도 있다. 상술한 바와 같이, 비콘 프레임은 브로드캐스트 방식으로 전송되므로 채널 스위칭이 필요한 장치를 특정하기 위하여 주소(address) 필드(1011)에 해당 장치의 식별자 정보를 포함시킬 수 있다. 이때, 주소 필드(1011)에 하나 이상의 장치에 대한 식별자 정보가 포함될 수 있으며, 일례로 특정 조건으로 그룹핑된 장치들을 일괄적으로 특정하기 위하여 그룹에 대한 식별자가 포함될 수도 있다.

또한, 도 10에서는 도시하지 않았지만, 비콘 프레임은 장치가 스위칭하여 전환하는 제1 주파수 대역의 채널 내에서 동작하는 코디네이터 주소(Coordinator Address) 필드 또는 해당 코디네이터의 PAN 식별자(PAN ID) 필드를 더 포함할 수도 있다. 이는 장치로 하여금 능동적 스캐닝(active scanning)을 수행하여 제1 주파수 대역의 채널에 존재하는 코디네이터에의 연계 절차를 신속하게 수행하도록 하기 위함이다. 즉, 제1 주파수 대역에 다수의 코디네이터가 존재하거나 또는 주소(또는 식별자)를 알 수 없는 코디네이터가 존재하는 경우, 장치는 수신한 코디네이터 주소 정보를 이용하여 신속하게 채널 스위칭을 할 수 있다. 이때, 채널 스위칭 정보에 포함되는 코디네이터 주소(또는 식별자)는 예상되는 장치의 이동 상황, 주변의 코디네이터의 배치 등을 고려하여 결정될 수 있다.

다시 도 9를 참조하면, 장치는 수신한 채널 스위칭 정보에 기초하여 채널 스위칭을 수행한다(S909). 즉, 장치는 채널 스위칭 정보에 기초하여 잔여 시간 후에 추천 채널로 채널 스위칭을 수행한다.

채널 스위칭을 수행한 장치는 채널 스위칭 정보에 기초하여 제1 코디네이터와 연계를 설정한다(S911). 즉, 채널 스위칭을 수행한 장치는 수면 모드로 동작하다 TBTT 시점에 깨어나서(wake-up) 비콘을 수신하여 해당 채널 내에서 동작하는 코디네이터와 연계(association)를 설정한다. 제1 코디네이터와 연계를 설정한 장치는 이후 제1 코디네이터와 데이터를 송수신할 수 있다.

이와 같이, 코디네이터가 제공하는 채널 스위칭 정보를 이용하여 장치는 제1 주파수 대역에서 원래의 네트워크를 찾기 위해 주기적으로 전 채널에 대하여 스캐닝을 할 필요가 없어진다. 이로써 장치의 전력 소모를 줄일 수 있고, 무선 자원을 좀 더 효율적으로 사용할 수 있다.

2. 3. 채널 스위칭 절차 2

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 스위칭 절차를 나타내는 도면이다.

도 11를 참조하면, S1101 단계 내지 S1105 단계는 앞서 도 9에 따른 S901 단계 내지 S905 단계와 동일하므로 이하 설명을 생략한다.

제1 주파수 대역에서 제2 주파수 대역으로 채널 스위칭을 수행한 장치는 제2 코디네이터에 채널 스위칭 정보를 요청한다(S1107). 비콘 프레임을 통해 채널 스위칭 정보를 전송하더라도 비콘 프레임이 전송되는 주기가 매우 길거나 또는 단말이 비콘 프레임을 통해 전송되는 채널 스위칭 정보의 수신에 실패한 경우 등과 같이 채널 스위칭과 관련된 정보를 장치가 제2 코디네이터에 요청할 수 있다. 여기서, 장치는 채널 스위칭으로 인하여 제2 주파수 대역에 속하는 제2 코디네이터에 연계를 설정하는 과정에서 추가적으로 채널 스위칭 정보를 요청할 수 있으며, 연계 설정 절차를 완료한 후에 채널 스위칭 정보를 요청할 수 있다. 또한, 제2 주파수 대역으로 채널 스위칭한 후 일정 시간이 지난 후 혹은 비콘 프레임을 일정 시간(혹은 횟수) 이상 수신하지 못한 경우에 제2 코디네이터에 채널 스위칭 정보를 요청할 수도 있다.

장치가 제2 코디네이터에 채널 스위칭 정보를 요청하는 일례로, 장치는 제2 코디네이터에 채널 스위칭 정보를 요청하기 위하여 S1107 단계에서 채널 스위칭 파라미터 요청 프레임(channel switching parameter request frame)을 이용할 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 스위칭 파라미터 요청 프레임을 예시하는 도면이다.

도 12를 참조하면, 채널 스위칭 파라미터 요청 프레임은 프레임 제어 필드(Frame Control, 1201), 시퀀스 번호 필드(Sequence Number, 1203), 주소 필드(Addressing Field, 1205) 및 명령 프레임 식별자 필드(Command Frame Identifier, 1207) 및 프레임 검사 시퀀스(FCS, 1209)를 포함할 수 있다.

채널 스위칭 파라미터 요청 프레임의 프레임 타입은 MAC 명령 프레임 타입이 될 수 있으며, 장치는 명령 프레임 식별자 필드(1207)를 소정의 값으로 정의하여, 단말이 채널 스위칭 정보를 요청하는 메시지임을 나타낼 수 있다. 예를 들어 명령 프레임 식별자 필드(1207)의 값 중에 예약된 '0x0a'를 이용하여 채널 스위칭 정보를 요청하는 메시지임을 나타낼 수 있다.

다시 도 11을 참조하면, 채널 스위칭 정보의 요청을 수신한 제2 코디네이터는 채널 스위칭 정보를 장치에 전송한다(S1109). 이때, 제2 코디네이터는 채널 스위칭 정보 요청에 대한 응답으로 브로드캐스트, 멀티캐스트 또는 유니캐스트 방식으로 장치에 채널 스위칭 정보를 전송할 수 있으며, 채널 스위칭 정보에 대한 상세한 설명은 앞서 (2. 1.)와 동일하므로 이하 설명을 생략한다.

제2 코디네이터가 장치에 채널 스위칭 정보를 유니캐스트 방식으로 전송하는 일례로, 2 코디네이터는 장치에 채널 스위칭 정보를 전송하기 위하여 S1109 단계에서 채널 스위칭 파라미터 응답 프레임(channel switching parameter response frame)을 이용할 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 스위칭 파라미터 응답 프레임을 예시하는 도면이다.

도 13을 참조하면, 채널 스위칭 파라미터 응답 프레임은 프레임 제어 필드(Frame Control, 1301), 시퀀스 번호 필드(Sequence Number, 1303), 주소 필드(Addressing Field, 1305), 보조 보안 헤더 필드(Auxiliary Security Header, 1307), 프레임 페이로드 필드(Frame Payload, 1317) 및 프레임 검사 시퀀스(FCS, 1319)를 포함할 수 있다. 또한, 채널 스위칭 파라미터 응답 프레임은 도 8에 따른 채널 스위칭 파라미터 필드를 포함할 수 있다. 즉, 잔여 시간 필드(Remain time, 1309), 추천 채널 필드(Recommend channel, 1311), 제1 주파수 대역의 채널에서의 비콘 전송 시간에 대한 TBTT 필드(1313) 중 어느 하나 이상의 필드를 포함할 수 있다. 이때, 추천 채널 필드는 채널 번호(Channel Number) 필드와 채널 페이지(Channel Page) 필드로 구성될 수 있다.

또한, 장치가 스위칭하여 전환하는 제1 주파수 대역의 채널 내에서 동작하는 코디네이터 주소 필드(1315)를 더 포함할 수도 있다. 또한, 도 13에서는 도시하지 않았지만, 코디네이터 주소 필드(1315)로 지시되는 코디네이터의 PAN 식별자(PAN ID) 필드를 더 포함할 수도 있다. 이는 장치로 하여금 능동적 스캐닝(active scanning)을 수행하여 제1 주파수 대역의 채널에 존재하는 코디네이터에의 연계 절차를 신속하게 수행하도록 하기 위함이다. 즉, 제1 주파수 대역에 다수의 코디네이터가 존재하거나 또는 주소(또는 식별자)를 알 수 없는 코디네이터가 존재하는 경우, 장치는 수신한 코디네이터 주소 정보를 이용하여 신속하게 채널 스위칭을 할 수 있다. 이때, 채널 스위칭 정보에 포함되는 코디네이터 주소(또는 식별자)는 예상되는 장치의 이동 상황, 주변의 코디네이터의 배치 등을 고려하여 결정될 수 있다.

채널 스위칭 파라미터 요청 프레임의 프레임 타입은 MAC 명령 프레임 타입이 될 수 있으며, 장치는 명령 프레임 식별자 필드를 소정의 값으로 정의하여, 단말이 채널 스위칭 정보를 요청하는 메시지임을 나타낼 수 있다. 예를 들어 명령 프레임 식별자 필드의 값 중에 예약된 '0x0b'를 이용하여 채널 스위칭 정보 요청에 응답하는 메시지임을 나타낼 수 있다.

다시 도 11을 참조하면, 장치는 수신한 채널 스위칭 정보에 기초하여 채널 스위칭을 수행한다(S1111). 즉, 장치는 채널 스위칭 정보에 기초하여 잔여 시간 후에 추천 채널로 채널 스위칭을 수행한다.

채널 스위칭을 수행한 장치는 채널 스위칭 정보에 기초하여 제1 코디네이터와 연계를 설정한다(S1113). 즉, 채널 스위칭을 수행한 장치는 수면 모드로 동작하다 TBTT 시점에 깨어나서(wake-up) 비콘을 수신하여 해당 채널 내에서 동작하는 코디네이터와 연계(association)를 설정한다. 제1 코디네이터와 연계를 설정한 장치는 이후 제1 코디네이터와 데이터를 송수신할 수 있다.

3. 본 발명이 적용될 수 있는 장치 일반

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.

도 14를 참조하면, 무선 통신 시스템은 코디네이터(140)과 코디네이터(140) 영역 내에 위치한 다수의 장치(150)를 포함한다.

코디네이터(140)는 프로세서(processor, 141), 메모리(memory, 142) 및 RF부(radio frequency unit, 143)을 포함한다. 프로세서(141)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(141)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(142)는 프로세서(141)와 연결되어, 프로세서(141)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(143)는 프로세서(141)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다.

장치(150)는 프로세서(151), 메모리(152) 및 RF부(153)을 포함한다. 프로세서(151)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(151)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(152)는 프로세서(151)와 연결되어, 프로세서(151)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(153)는 프로세서(151)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다.

메모리(142, 152)는 프로세서(141, 151) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(141, 151)와 연결될 수 있다. 또한, 코디네이터(140) 및/또는 장치(150)는 한 개의 안테나(single antenna) 또는 다중 안테나(multiple antenna)를 가질 수 있다.

이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.

본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리는 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상술한 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명에서 제안하는 방안은 IEEE 802.15.4 시스템에 적용되는 예를 중심으로 설명하였으나, IEEE 802.15.4 시스템 이외에도 다양한 무선 접속 시스템에 적용하는 것이 가능하다.

Claims

WPAN(Wireless Personal Area Network) 시스템에서 장치의 동작 채널을 스위칭하는 방법에 있어서,
제1 주파수 대역의 코디네이터(coordinator)와 연계(association)를 설정하는 단계;
상기 제1 주파수 대역의 코디네이터로부터 채널 스위칭 정보를 수신하는 단계;
상기 수신한 채널 스위칭 정보를 이용하여 제2 주파수 대역의 채널로 채널 스위칭하는 단계; 및
상기 제2 주파수 대역의 코디네이터와 연계를 설정하는 단계를 포함하되,
상기 채널 스위칭 정보는 상기 제1 주파수 대역에서 상기 제2 주파수 대역으로 채널 스위칭하는 시점까지의 잔여 시간, 상기 제2 주파수 대역에서의 동작 채널, 상기 2 주파수 대역에서의 동작 채널에서 비콘 프레임의 전송 예정 시점을 포함하는, 채널 스위칭 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 주파수 대역의 코디네이터에 상기 채널 스위칭 정보를 요청하는 단계를 더 포함하고,
상기 채널 스위칭 정보는 상기 채널 스위칭 정보 요청에 대한 응답으로 채널 스위칭 파라미터 응답 프레임(Channel switching parameter response frame)을 통해 전송되는, 채널 스위칭 방법.
제1항에 있어서,
상기 채널 스위칭 정보는 비콘 프레임(beacon frame)을 통해 전송되는, 채널 스위칭 방법.
제1항에 있어서,
상기 채널 스위칭 정보는 채널 스위칭 통지 명령(Channel switch notification command)을 통해 전송되는, 채널 스위칭 방법.
제1항에 있어서,
상기 채널 스위칭 정보는 상기 제2 주파수 대역의 코디네이터 주소 정보 또는 상기 제2 주파수 대역의 코디네이터의 PAN(Personal Area Network) 식별자를 더 포함하는, 채널 스위칭 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 주파수 대역은 2390 MHz 부터 2400 MHz 사이의 주파수 대역이고,
상기 제2 주파수 대역은 2360 MHz 부터 2390 MHz 사이의 주파수 대역인, 채널 스위칭 방법.
WPAN(Wireless Personal Area Network) 시스템에서 장치의 동작 채널을 스위칭하는 장치에 있어서,
무선 신호를 송수신하기 위한 RF(Radio Frequency) 유닛; 및
제1 주파수 대역의 코디네이터(coordinator)와 연계(association)를 설정하고, 상기 제1 주파수 대역의 코디네이터로부터 채널 스위칭 정보를 수신하며, 상기 수신한 채널 스위칭 정보를 이용하여 제2 주파수 대역의 채널로 채널 스위칭한 후, 상기 제2 주파수 대역의 코디네이터와 연계를 설정하는 프로세서를 포함하되,
상기 채널 스위칭 정보는 상기 제1 주파수 대역에서 상기 제2 주파수 대역으로 채널 스위칭하는 시점까지의 잔여 시간, 상기 제2 주파수 대역에서의 동작 채널, 상기 2 주파수 대역에서의 동작 채널에서 비콘 프레임의 전송 예정 시점을 포함하는, 장치.
제7항에 있어서, 상기 프로세서는,
상기 제1 주파수 대역의 코디네이터에 상기 채널 스위칭 정보를 요청하고,
상기 채널 스위칭 정보는 상기 채널 스위칭 정보 요청에 대한 응답으로 채널 스위칭 파라미터 응답 프레임(Channel switching parameter response frame)을 통해 전송되는, 장치.
제7항에 있어서,
상기 채널 스위칭 정보는 비콘 프레임(beacon frame)을 통해 전송되는, 장치.
제7항에 있어서,
상기 채널 스위칭 정보는 채널 스위칭 통지 명령(Channel switch notification command)을 통해 전송되는, 장치.
제7항에 있어서,
상기 채널 스위칭 정보는 상기 제2 주파수 대역의 코디네이터 주소 정보 또는 상기 제2 주파수 대역의 코디네이터의 PAN(Personal Area Network) 식별자를 더 포함하는, 장치.
제7항에 있어서,
상기 제1 주파수 대역은 2390 MHz 부터 2400 MHz 사이의 주파수 대역이고,
상기 제2 주파수 대역은 2360 MHz 부터 2390 MHz 사이의 주파수 대역인, 장치.